水杨酸对铅胁迫下桔梗种子萌发及幼苗生长的影响

(商洛学院生物医药与食品工程学院， 陕西 商洛 726000)

水杨酸对铅胁迫下桔梗种子萌发及幼苗生长的影响

李堆淑
(商洛学院生物医药与食品工程学院， 陕西 商洛 726000)

以桔梗种子为材料，用1 mmol/L SA、200 mg/L Pb2+、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+3种溶液分别处理桔梗种子，采用培养皿纸上发芽法培养，研究外源SA缓解桔梗种子萌发和幼苗生长受铅毒害。结果表明，与空白对照(ck)相比，在铅胁迫下桔梗种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、相对发芽率、相对Pb2+害率、苗鲜重、叶鲜重和根长等指标均明显受到抑制，添加外源SA处理可以显著提高桔梗种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、相对发芽率、相对Pb2+害率、苗鲜重、叶鲜重和根长等指标的增长。添加外源SA可以使铅胁迫的桔梗幼苗中MDA含量减少、叶绿素含量和可溶性糖含量增加、POD酶活性增强，可见外源SA能缓解Pb2+胁迫对桔梗幼苗叶片的质膜伤害，维持膜结构的稳定性，进而缓解铅对桔梗造成的毒害作用。

水杨酸(SA)； 铅胁迫； 桔梗种子； 幼苗生长

随着工业化和城市化的进程加快，尤其铅矿的开采、铅锌冶炼厂的废气、废渣、废水排放，使铅以多种途径不断地排入环境，并且铅是一种稳定的不易降解物质，大量铅沉积于水、空气、植被、土壤、灰尘以及人们生活环境中。铅过多的积累于植物和土壤中，生态系统的正常功能将会被破坏。铅是有毒的污染物，植物从土壤或空气中吸收铅，然后通过食物链进入动物或人体，动物和人类的各个器官都会受到铅的损害[1]。据统计，我国受重金属污染的耕地面积大约有1/5，农作物的产量严重减产[2]。桔梗(Platycodongrandiflorum(Jacq.)A.DC)属于桔梗科、桔梗属，是一种药、食、赏兼具的多年生叶草本植物[3-4]，具有抗衰老、抗癌、宣肺利咽抗虫杀菌等功效，但是目前重金属严重污染生态环境，直接影响桔梗的质量和品质。土壤中重金属污染通常采用重金属超富集的植物进行修复[5]，其方法成本低、操作简便、不易造成二次污染，还能增加植被的覆盖率改善周边环境[6]。但是在重金属复合污染环境中，富集植物对重金属的吸收具有专一性，而植物根际的许多内生细菌能同时耐受多种重金属胁迫，同时可降低复合重金属污染对植物的毒害[7-9]。还可以施用水杨酸(SA)减缓重金属对植物的毒害，因为水杨酸是植物体内的小分子酚类物质，在植物细胞内传递分子信号, 调节植物体生长发育[10-11]。刘素纯等[12]研究发现，用0～1 mmol/L SA叶面喷施铅胁迫下的黄瓜幼苗，黄瓜可溶性蛋白含量和SOD活性均随SA浓度升高而增加，而MDA含量和CAT活性随SA浓度升高而降低。张永平等[13]研究发现，外源SA能提高甜瓜幼苗在Cd胁迫下的活性氧代谢，还能捕获与转换光能，促进了甜瓜幼苗的生长。丁佳红等[14]研究发现，SA能够使铜胁迫下水稻幼苗的POD、CAT和SOD活性显著提高，增强水稻幼苗的抗铜毒害能力。目前，外源水杨酸对桔梗抗铅胁迫的相关研究未见报道。本研究以桔梗种子为原料，用外源水杨酸诱导桔梗种子，研究桔梗种子的形态特征和桔梗幼苗的生理生化特征，进一步探讨水杨酸抗铅胁迫的机理，为缓解铅污染造成的毒害。为农业生产过程中提高作物抗金属能力以及植物修复技术提供一种新途径。

1 材料与方法

1.1 材 料

桔梗(Platycodongrandiflorum)种子(购于商洛天士力医药有限责任公司)。

1.2 方 法

1.2.1 试液的制备

水杨酸(SA)：1 mmol/L；乙酸铅溶液(Pb2+)：200 mg/L。

1.2.2 桔梗的培养及处理

挑选均匀饱满无病虫害的桔梗种子，用蒸馏水冲洗干净，再用5%的NaClO3溶液浸泡桔梗种子10 min，以蒸馏水冲洗数次，风干后，以1 mmol/L SA、200 mg/L Pb2+、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+3种不同溶液分别处理桔梗种子，以蒸馏水处理为对照(ck)，每处理各取50粒摆放于铺有2层滤纸的干净培养皿(直径9 cm)内，设置3次重复。置于25 ℃，光照和黑暗交替(光照12 h，黑暗12 h)的培养室中培养，每天滴加一定体积的相应溶液于培养皿，保持种子湿润，观察并记录桔梗种子的发芽状况，连续观察9 d。第4 天计数，统计发芽势。第9天计数，统计发芽率、发芽指数、活力指数、日相对发芽率、相对Pb2+害率、幼苗根长等指标。

表1 不同试剂处理桔梗种子的发芽状况

试剂发芽率(%)发芽势(%)发芽指数活力指数日相对发芽率(%)相对Pb2+害率(%)ck70．62±0．65a12．13±0．61a15．85±0．43a0．54±0．02a——SA80．43±1．12b24．40±0．87b20．41±0．64b0．88±0．01b1．14—Pb2+62．87±0．97c6．10±0．58c11．75±0．71c0．16±0．01c0．895．71SA+Pb2+66．84±0．91d7．9±0．27d13．85±0．77d0．37±0．02d0．944．29

注：同列的小写字母为plt;0.05，表示差异显著。下同。

发芽率(%)=正常发芽的种子数/供试种子总数×100%；

发芽势(%)=规定天数内正常发芽种子数/供试种子总数×100%；

发芽指数=Gt/Dt(式中，Gt为时间t日的发芽率，Dt为相应的发芽天数)；

活力指数=幼苗鲜重×发芽指数；

日相对发芽率(%)=相应各日正常发芽种子数/供试种子总数×100%；

相对Pb2+害率(%)=Pb2+胁迫下种子发芽指数/对照种子发芽指数×100%。

1.2.3 生理生化指标测定

叶绿素含量采用丙酮法测定[15]，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸的比色法测定[16]，过氧化物酶(POD)活性的提取及其测定参照张龙翔等[16]方法，可溶性糖含量要用蒽酮比色法测定[17]。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2007和SPSS 17.0软件进行方差分析，不同指标之间均采用单因素方差分析中LDS两两比较及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 SA对铅胁迫下桔梗种子萌发的影响

用4种不同试剂分别处理桔梗种子，其发芽状况有显著差异。由表1可见，桔梗种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、日相对发芽率和相对Pb2+害率等指标，均表现出外施1 mmol/L SAgt;ckgt;1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+gt;单一Pb2+胁迫。外施1 mmol/L SA的桔梗种子的发芽率比ck、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+、单一Pb2+胁迫分别升高了13.89%、27.93%、20.99%；ck比1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+、单一Pb2+胁迫的桔梗种子的发芽率分别升高了5.66%、12.33%。1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+的桔梗种子的发芽率比单一Pb2+胁迫升高了6.31%。1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+的桔梗种子的相对Pb2+害率比单一Pb2+胁迫升高了33.10%。可见，添加水杨酸可有效缓解铅胁迫对种子萌发的影响以及毒害作用。

由表2可见，用4种不同试剂处理桔梗种子，第9天桔梗的苗鲜重和叶鲜重，采用LDS法对比，均有显著的差异。桔梗的苗鲜重和叶鲜重均表现出外施1 mmol/L SAgt;ckgt;1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+gt;单一Pb2+胁迫。外施1 mmol/L SA的桔梗苗鲜重比ck、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+、单一Pb2+胁迫分别升高了31.43%、64.29%、253.85%；ck处理的桔梗苗鲜重比1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+、单一Pb2+胁迫分别升高了25%、169.23%。1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+处理的桔梗苗鲜重比单一Pb2+胁迫升高了115.38%。外施1 mmol/L SA的桔梗的叶鲜重比ck、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+、单一Pb2+胁迫分别升高了12.50%、80.00%、157.14%；ck处理的桔梗叶鲜重比1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+、单一Pb2+胁迫分别升高了60.00%、125.57%。0.1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+处理的桔梗叶鲜重比单一Pb2+胁迫升高了42.86%。可见，SA处理使铅胁迫条件下的桔梗种子 对铅毒害有一定的缓解作用, 有利于保持植物细胞膜的完整性。

表2 不同试剂处理对桔梗种子苗、叶鲜重的影响

试剂苗鲜重(g)叶鲜重(g)ck0．035±0．0027a0．016±0．0049aSA0．046±0．0021b0．018±0．0032bPb2+0．013±0．0036c0．007±0．0085cSA+Pb2+0．028±0．0051d0．010±0．0090d

表5 不同试剂处理桔梗种子的形态指标的相关性

指标发芽率(%)发芽势(%)发芽指数活力指数相对发芽率(%)相对Pb2+害率(%)苗鲜重(g)叶鲜重(g)发芽率(%)1．000发芽势(%)0．962∗∗1．000发芽指数0．996∗∗0．936∗∗1．000活力指数0．995∗∗0．978∗∗0．986∗∗1．000相对发芽率(%)0．174-0．1010．2550．0981．000相对Pb2+害率(%)-0．846∗∗-0．959∗∗-0．799∗∗-0．883∗∗0．3781．000苗鲜重(g)0．953∗∗0．966∗∗0．940∗∗0．978∗∗-0．012-0．906∗∗1．000叶鲜重(g)0．921∗∗0．992∗∗0．887∗∗0．949∗∗-0．221-0．986∗∗0．958∗∗1．000

注：“**”表示plt;0.01，下同。

由表3可见，用4种不同试剂处理桔梗种子的累积发芽率呈显著相关性(plt;0.05)，随着时间的增加，4种试剂处理的桔梗种子累积发芽率均逐渐增长。1 mmol/L SA处理的累积发芽率在4～9 d均高于ck、200 mg/L Pb2+、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+处理，且差异较显著(plt;0.05)，1 mmol/L SA处理的累积发芽率第9天达到80.43%。200 mg/L Pb2+、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+处理的累积发芽率在4～9 d均低于ck处理，且与ck差异较显著(plt;0.05)，ck、200 mg/L Pb2+、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+处理的累积发芽率第9天分别达到70.62%、62.87%和66.84%的萌发高峰，说明SA可以诱导桔梗种子提前并且加快萌发，同时增强了桔梗种子的萌发力，Pb2+对桔梗种子的萌发抑制性较强，SA可以缓解Pb2+对桔梗种子的萌发抑制性。

表3 不同试剂处理桔梗种子萌发的累积发芽率

时间(d)累积发芽率(%)ckSAPb2+SA+Pb2+302．07±0．306a0045．97±0．252a10．13±0．416a2．03±0．351a4．01±0．361a512．13±0．611b24．40±0．872b6．10±0．557b7．90±0．265a630．07±0．603a40．10±0．557b17．93±0．306c25．90±0．656b752．13±0．808c66．23±1．069c34．13±0．321d44．10±0．656c865．27±0．833c74．33±0．757d47．97±0．751a56．30±0．700d970．62±0．652a80．43±1．121b62．87±0．975d66．84±0．917f

由表4可见，用4种不同试剂处理桔梗种子，随着时间的增加，4种试剂处理的桔梗种子日相对发芽率均先增加后降低。1 mmol/L SA处理的日相对发芽率在第3天开始萌发，第6天达到36.20%的萌发高峰；ck和1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+处理的日相对发芽率在第4天开始萌发，也是第7天分别达到22.33%和18.37%的萌发高峰；200 mg/L Pb2+处理的日相对发芽率在第4天开始萌发，也是第8天达到14.10%的萌发高峰。说明SA诱导桔梗种子提前达到萌发高峰，Pb2+胁迫桔梗种子推迟达到萌发高峰，SA可以缓解Pb2+对桔梗种子达到萌发高峰的推迟。

表4 不同试剂处理桔梗种子萌发的日相对发芽率

时间(d)日相对发芽率(%)ckSAPb2+SA+Pb2+302．07±0．306a0045．97±0．252a8．23±0．586b2．03±0．351a4．01±0．361a57．17±0．300a13．47±0．252c3．97±0．351b4．20±0．862a618．37±1．002b36．20±0．114d10．57±0．611c17．90±0．656b722．33±1．429c26．13±0．106f11．03±0．751d18．37±0．390b812．27±1．124d18．20±0．114e14．10±0．755e12．43±0．115c910．13±1．007f12．57±0．069c7．83±0．473f10．77±0．686c

由表5可见，用4种不同试剂处理桔梗种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、相对发芽率、相对Pb2+害率、苗鲜重和叶鲜重的相关关系。发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、苗鲜重和叶鲜重两两之间均呈正相关关系，并且存在着极显著差异(plt;0.01)。相对发芽率与发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、苗鲜重和叶鲜重均没有显著相关性。相对Pb2+害率与发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、苗鲜重和叶鲜重均呈负相关，并且存在着极显著差异(plt;0.01)。

2.2 SA对铅胁迫下桔梗根长的影响

由表6可见，用4种不同试剂处理桔梗种子，在第4～9天4种处理的桔梗根长均随着时间的增加逐渐增长，并且存在明显的显著差异性。桔梗在生长过程中，根长均表现出外施1 mmol/L SAgt;ckgt;1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+gt;单一Pb2+胁迫，并且桔梗根长的生长速度也是外施1 mmol/L SAgt;ckgt;1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+gt;单一Pb2+胁迫。在第4天外施1 mmol/L SA处理的桔梗根长比ck、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+、单一Pb2+胁迫分别增加了301.30%、104.55%、246.15%，ck处理的桔梗根长比1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+、单一Pb2+胁迫分别增加了51.51%、153.85%，1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+处理的桔梗根长比单一Pb2+胁迫增加了69.23%。在第9天外施1 mmol/L SA处理的桔梗根长比ck、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+、单一Pb2+胁迫分别增加了33.66%、70.89%、221.43%，ck处理的桔梗根长比1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+、单一Pb2+胁迫分别增加了27.85%、140.48%，1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+处理的桔梗根长比单一Pb2+胁迫增加了88.09%。这说明了SA对桔梗根的生长起到了较显著的促进作用，Pb2+胁迫处理对桔梗根的生长抑制性较大，并且SA能缓解Pb2+对桔梗根生长的迫害。

表6 不同试剂对桔梗根长的影响

时间(d)根长(cm)ckSAPb2+SA+Pb2+40．33±0．040a0．45±0．026a0．13±0．012a0．22±0．006a50．43±0．036b0．57±0．021b0．18±0．010a0．39±0．015b60．66±0．015c0．73±0．015c0．27±0．013b0．51±0．017c70．78±0．025c0．84±0．018c0．33±0．006c0．63±0．013c80．93±0．015d1．13±0．011d0．42±0．004d0．75±0．006c91．01±0．198d1．35±0．020e0．42±0．015e0．79±0．055c

2.3 SA对铅胁迫下桔梗幼苗生理特征的影响

由表7可见，用4种不同试剂处理桔梗种子，桔梗幼苗中MDA含量表现为单一Pb2+胁迫gt;1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+gt;ckgt;外施1 mmol/L SA；桔梗幼苗中总叶绿素含量、可溶性糖含量和POD酶活性均表现为外施1 mmol/L SAgt;ckgt;1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+gt;单一Pb2+胁迫。可见，铅胁迫使桔梗幼苗中MDA含量增加，添加外源SA桔梗幼苗中叶绿素含量和可溶性糖含量增加、POD酶活性增强，进而缓解铅对桔梗造成的毒害作用。

表7 SA对铅胁迫下桔梗幼苗生理指标的影响

试剂MDA含量(μmol/L)总叶绿素含量(mg/g)可溶性糖含量(%)POD酶活性(U/gFW)ck1．394±0．01518．050±0．10451．31±0．3060．361±0．001SA1．191±0．04019．575±0．69760．68±0．0250．437±0．004Pb2+3．864±0．0428．124±0．86129．45±0．1110．140±0．005SA+Pb2+1．433±0．04612．320±0．22646．31±0．0420．308±0．009

由表8可见，用4种不同试剂处理桔梗种子，桔梗幼苗中MDA含量、总叶绿素含量、可溶性糖含量和POD酶活性两两之间均呈现相关关系。可溶性糖含量与总叶绿素含量、可溶性糖含量与POD酶活性均呈正相关关系，并且存在着极显著差异(plt;0.01)。

表8 SA对铅胁迫下桔梗幼苗的生理指标的相关性

指标MDA含量(μmol/L)总叶绿素含量(mg/g)可溶性糖含量(%)POD酶活性(U/gFW)MDA含量(μmol/L)1．000总叶绿素含量(mg/g)0．4201．000可溶性糖含量(%)0．1910．955∗∗1．000POD酶活性(U/gFW)0．4450．979∗∗0．964∗∗1．000

3 结论与讨论

重金属胁迫使植物发生遗传基因突变以及生理生化变化, 从而影响植物的生长发育和代谢。外源水杨酸协同处理, 能改善重金属胁迫下植物的生长状况, 增强植物的抗逆性[18]。本研究用1 mmol/L SA、200 mg/L Pb2+、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+3种不同溶液分别处理桔梗种子，桔梗种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、相对发芽率、相对Pb2+害率、苗鲜重、叶鲜重、根长等指标，均表现为1 mmol/L SAgt;ckgt;1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+gt;单一Pb2+胁迫。桔梗种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数以及苗鲜重和叶鲜重两两之间均呈正相关关系，并且存在着极显著差异(plt;0.01)。铅胁迫桔梗幼苗中MDA含量增加，使植物体内质膜受损，添加外源SA可以缓解Pb2+胁迫对桔梗幼苗的质膜伤害，维持膜结构的稳定性，使其叶绿素含量和可溶性糖含量增加、POD酶活性增强，缓解Pb2对桔梗的胁迫。同时桔梗幼苗中可溶性糖含量与总叶绿素含量、可溶性糖含量与POD酶活性均呈正相关关系，并且存在着极显著差异(plt;0.01)。吴顺等研究发现，水杨酸能使铅胁迫下小白菜种子的发芽率升高，幼苗体内铅积累减少，根伸长；叶绿素含量升高[19]。与本研究结果基本一致。邢继岩研究发现，水杨酸对铅胁迫下花椰菜种子发芽率、发芽指数、根长与铅浓度呈负相关，可溶性糖含量均增加[20]，与本研究结果基本一致，但是该研究的MDA含量增加，POD活性降低与本研究结果相反，还需进一步探讨。苏雅婧研究发现，用SA处理后，小麦幼苗根长和苗长分别比Pb2+处理组增加[21]，该结果与本研究结果一致。

[1]张英,周长民.重金属铅污染对人类的危害[J].辽宁化工,2007,36(6):395-397.

Effects of Salicylic Acid on Seed Germination and Seedling Growth ofPlatycodongrandiflorumUnder Lead Stress

LIDuishu

2016-10-28

陕西省教育厅专项科研计划项目(2016 JK 0 )；商洛市科学研究项目(SK 2015-12)。

李堆淑(1977—)，女，宁夏隆德人；副教授，硕士，主要从事植物逆境生理学及微生物研究。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.02.087

S 567

A

1001-4705(2017)02-0087-05